双目相机与结构光：智能激光加工机器人的三维形貌重建

本文主要探讨了激光再制造领域的一项创新应用——一种结合了双目摄像机与结构光的主动视觉测量系统与工业机器人的智能激光加工机器人。该系统旨在实现对待加工零件复杂曲面轮廓的精确感知和三维形貌的重建，以提升激光再制造过程中的精度和效率。 系统的核心组成部分包括一个六自由度的工业机器人，双目摄像机以及结构光发射器。通过机器人驱动摄像机和发射器进行多角度扫描，克服了传统测量中的"死角"问题，确保了工件三维信息的全面捕捉。这一设计使得机器人不仅能进行激光加工，还能实时获取和处理来自双目的点云数据，将其转化为机器人自身的坐标系，从而实现精确的操作控制。 文章详细介绍了测量原理和相关的数学模型，包括单摄像机内外参数的标定、双目摄像机的相对关系标定以及摄像机与机器人之间手眼关系的校准。这些标定过程对于确保图像处理的准确性至关重要，它们分别得到了摄像机内参数矩阵、手眼关系矩阵和机器人与世界坐标系的关系矩阵。这些矩阵是后续三维重建和坐标转换的基础。 在图像处理阶段，作者采用大步距图像分割技术，提取目标区域并降低噪声，然后利用重心法提取亚像素级的结构光条纹中心。通过极线约束进行左右条纹的配准，进一步提高了匹配精度。三维算法在此基础上计算空间点坐标，然后方便地转换到世界坐标系，实现了全局坐标的统一。 关键词方面，涵盖了激光技术、再制造、机器视觉、激光扫描、工业机器人、机器人标定、图像处理以及三维重建等关键技术。这项研究对于提升激光再制造的自动化水平，减少人工干预，优化生产流程具有重要意义，同时也为其他领域的机器人视觉应用提供了新的思路和技术支持。